Lehrgang 15 - FOS/BOS Rosenheim

Abschlussprüfung Telekolleg Multimedial
Lehrgang 15
Fach: Physik
Termin: 12. Dezember 2009
Arbeitszeit:
Name und Anschrift des Prüflings
Maximale Punktzahl:
60
…………………………………………………….
Erreichte Punktzahl:
….
…………………………………………………….
Note:
….
150 Minuten
-2-
Aufgabe 1
BE
1.0
Eine Brücke überspannt in einer Höhe von 50,0 m ein Tal. Von ihr
stürzen sich wagemutige Personen, an einem 20,0 m langen
Gummiseil hängend, in die Tiefe. Bei den nachfolgenden Rechnungen
werden Reibungsverluste vernachlässigt.
1.1
Berechnen Sie die Zeit t, welche nach dem Absprung vergeht, bis sich
das Seil zu dehnen beginnt.
3
1.2
Ermitteln Sie den Betrag v1 der Geschwindigkeit eines Springers in
einer Höhe von h1 = 30,0 m über dem Grund.
3
1.3.0
Eine springende Person besitzt die Masse von m = 75,0 kg. Für das
N
Seil wird eine Federkonstante D = 85,0
angenommen.
m
1.3.1
Ermitteln Sie mit Hilfe eines Kraftansatzes diejenige Seildehnung ∆l ,
bei welcher der Springer die maximale Geschwindigkeit hat.
1.3.2
Zu Beginn der Seildehnung fällt der Springer mit der Geschwindigkeit
m
v1 = 19,8 . Berechnen Sie mit Hilfe eines Energieansatzes den
s
Betrag v2 der Geschwindigkeit, welche der Springer 21,3 m über dem
Boden aufweist.
1.4.0
Nach einiger Zeit pendelt der am Seil hängende Springer mit einer
konstanten Amplitude von ŝ = 1,00m auf und ab. Wenn sich der
Springer durch die Gleichgewichtslage nach oben bewegt, wird eine
Uhr gestartet.
1.4.1
Bestätigen Sie, dass eine Schwingung 5,90 s dauert.
2
1.4.2
Ermitteln Sie die Geschwindigkeit des schwingenden Springers nach
10,0 s und geben Sie die Bewegungsrichtung an.
4
4
6
Fortsetzung nächste Seite!
-3Aufgabe 2
2.0
BE
Elektronen werden aus der Ruhe in einem homogenen elektrischen Feld
zwischen zwei elektrischen Platten beschleunigt und treten durch ein kleines
Loch in der Anode senkrecht zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld
ein. Im Magnetfeld bewegen sie sich auf einer Kreisbahn (siehe Skizze).
-
UB
+
e-
r
B
2.1
Ermitteln Sie den Betrag der Geschwindigkeit, welche die Elektronen
nach Durchlaufen der Beschleunigungsspannung UB = 250 V
erreichen.
2.2
Begründen Sie, warum sich die Elektronen im Magnetfeld auf einer
Kreisbahn bewegen.
3
2.3
Berechnen Sie den Betrag B der magnetischen Flussdichte, wenn der
Radius der Kreisbahn r = 5,00 cm beträgt und die Elektronen die
m
Bahngeschwindigkeit v = 9,37 ⋅106
haben.
s
4
2.4
Geben Sie an, wie sich der Radius der Kreisbahn ändert, wenn anr
Stelle von Elektronen Protonen mit der gleichen
Geschwindigkeit v in
ur
das Magnetfeld der gleichen Flussdichte B eingeschossen werden.
Begründen Sie Ihre Antwort.
3
2.5.0
Dem Magnetfeld der magnetischen Flussdichte B = 1,07 mT wird ein
geeignetes elektrisches Feld überlagert, so dass die Elektronen mit
m
dem Geschwindigkeitsbetrag v = 9,37 ⋅106
nach Durchlaufen der
s
Beschleunigungsspannung geradlinig weiterfliegen.
2.5.1
Geben Sie in einer Skizze die Richtung des dazu notwendigen
elektrischen Feldes an.
2.5.2
Ermitteln Sie den Betrag E der elektrischen Feldstärke.
4
2
4
Fortsetzung nächste Seite!
-4-
Aufgabe 3
3.0
BE
Gegeben ist die unten abgebildete Schaltung mit folgenden Werten:
R1
U = 12,0 V
R1 = 220 Ω
R2
R4
R2 = 330 Ω
R3 = 470 Ω
U
+
R3
-
3.1
Ermitteln Sie den Ersatzwiderstand für die Parallelschaltung, welche aus
den Widerständen R1, R2 und R3 besteht.
2
3.2
Statt den drei parallel geschalteten Widerständen R1, R2 und R3 soll der
Ersatzwiderstand R123 = 103 Ω eingebaut werden. Dieser wird aus
Ω⋅ mm2
Konstantandraht (spezifischer Widerstand ρKonstantan = 50,0 ⋅10 −2
)
m
mit einer Querschnittsfläche von 0,100 mm2 gefertigt. Berechnen Sie die
notwendige Drahtlänge.
3
3.3
Am Widerstand R4 liegt eine Spannung von U4 = 5,91 V an. Bestimmen
Sie den Wert des Widerstandes R4.
5
3.4
Den Konstantandraht des Ersatzwiderstandes wickelt man nun um einen
zylinderförmigen Weicheisenkern (Permeabilitätszahl µFe = 380), der
einen Radius von 1,00 cm besitzt, und bildet so eine 10,0 cm lange
Spule mit 328 Windungen. Ermitteln Sie die Induktivität dieser Spule.
3
3.5
Die Spule mit der Induktivität von 161 mH wird jetzt an eine
Wechselspannungsquelle mit der Effektivspannung Ueff = 12,0 V und
einer Frequenz von f = 50,0 Hz angeschlossen. Bestimmen Sie den
Effektivwert des Stromes in der Spule.
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